KR101518897B1 - 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진에 의하면, 흡기 또는 배기 밸브를 움직이는 캠이 형성되는 캠샤프트, 상기 캠샤프트를 회전시키도록 상기 캠샤프트와 동축상에 배치되고 상기 캠샤프트의 지각과 진각을 제어하기 위한 지각실과 진각실을 가지는 가변 회전부, 상기 가변 회전부를 상기 캠샤프트에 고정시키는 고정부와 상기 지각실과 상기 진각실로 유압을 선택적으로 공급하기 위한 오일컨트롤밸브를 갖는 가변밸브 볼트, 및 상기 가변 회전부의 외측에 배치되어 상기 가변밸브 볼트의 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 밸브 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진{ENGINE HAVING CONTINUOUS VARIALBE VALVE TIMING DEVICE}
본 발명은 흡기 또는 배기밸브를 움직이는 캠샤프트를 진각시키거나 지각시킴으로써 연소실에서의 압축 손실을 최소화하고, 연료소모를 줄이는 연속 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진에 관한 것이다.
엔진의 성능을 향상시키고, 연료소모를 줄이며, 배기가스의 품질을 향상시키기 위해서 엔진회전수 및 부하에 따라서 캠샤프트의 회전위상을 진각시키거나 지각시키는 연속가변밸브타이밍(CVVT: continuously variable valve timing) 기구가 소개되었다.
도 1은 종래의 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 엔진은 실린더헤드(140), 캠샤프트(100), 가변 회전부(110), 오일컨트롤밸브(130)(OCV), 및 가변밸브 볼트(120)를 포함하고, 상기 캠샤프트(100)의 일측에는 진각유로(122)와 지각유로(124)가 형성된다.
상기 가변 회전부(110)는 풀리 또는 스프라켓으로, 상기 가변밸브 볼트(120)를 통해서 상기 캠샤프트(100)의 단부에 고정된다.
상기 가변 회전부(110)는 엔진에 의해서 회전하는데, 크랭크샤프트(미도시)와 체인 또는 벨트를 통해서 회전하여 상기 캠샤프트(100)를 회전시킨다.
그리고, 상기 가변 회전부(110)에는 상기 지각유로(124)와 연결되는 지각실이 형성되고, 상기 진각유로(122)와 연결되는 진각실이 형성된다.
상기 오일컨트롤밸브(130)에 의해서 유압이 상기 지각실로 공급되면, 상기 가변 회전부(110)가 상대적으로 정회전되어 상기 캠샤프트(100)는 지각되고, 유압이 상기 진각실로 공급되면, 상기 가변 회전부(110)가 상대적으로 역회전되어 상기 캠샤프트(100)는 진각된다.
한편, 상기 가변 회전부(110)로 공급되는 오일을 제어하기 위해서 상기 오일컨트롤밸브(130)(OCV: oil control valve)가 필요하고, 상기 오이컨트롤밸브(130)를 제어하는 별도의 제어요소인 솔레노이드밸브도 필요하다.
아울러, 상기 오일컨트롤밸브(130)와 상기 솔레노이드밸브를 설치하기 위한 공간이 필요하고, 유압제어를 위한 유로가 복잡해지고 길어질 수 있다. 종래기술로써, 공개특허 제10-2011-0059594호 가 있다.
본 발명의 목적은 오일컨트롤밸브와 솔레이이드밸브를 설치하기 위한 공간을 줄이고, 유압제어를 위한 유로를 간단하게 하며, 유로의 길이를 줄이는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진에 의하면, 흡기 또는 배기 밸브를 움직이는 캠이 형성되는 캠샤프트, 상기 캠샤프트를 회전시키도록 상기 캠샤프트와 동축상에 배치되고 상기 캠샤프트의 지각과 진각을 제어하기 위한 지각실과 진각실을 가지는 가변 회전부, 상기 가변 회전부를 상기 캠샤프트에 고정시키는 고정부와 상기 지각실과 상기 진각실로 유압을 선택적으로 공급하기 위한 오일컨트롤밸브를 갖는 가변밸브 볼트, 및 상기 가변 회전부의 외측에 배치되어 상기 가변밸브 볼트의 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 밸브 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 가변밸브 볼트는 상기 가변 회전부의 중심부를 관통하여 상기 캠샤프트의 중심부를 관통하고, 나사구조를 통해서 상기 가변 회전부를 상기 캠샤프트에 고정시킬 수 있다.
상기 밸브 컨트롤러는 솔레노이드밸브일 수 있다.
상기 밸브 컨트롤러는 상기 가변 회전부의 회전중심부에 대응하여 상기 캠샤프트와 동축상에 배치될 수 있다.
상기 가변 회전부는 벨트 또는 체인을 통해서 엔진으로부터 회전력을 전달받아서 상기 캠샤프트를 미리 설정된 지각위상, 중간위상, 또는 진각위상으로 제어할 수 있다.
상기 밸브 컨트롤러는 상기 벨트 또는 체인을 커버하는 커버의 외측면에 부착될 수 있다.
상기 밸브 컨트롤러는 상기 캠샤프트를 커버하는 헤드커버의 일측에 장착될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진에서, 가변밸브 볼트에 오일컨트롤밸브를 구성하고, 가변 회전부의 외측에 솔레이이드밸브를 설치하여 전체적인 설치공간을 줄이고, 유압제어를 위한 유로를 간단하게 하며, 유로의 길이를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 일부 분해 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 통해서 밸브의 리프트 위상을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 적용되는 엔진은 가솔린 또는 디젤 내연기관으로 MPI(multi point injection), GDI(gasoline direct injection), TGDI(turbo gasoline direct injection), CDA(cylinder deactivation), 또는 TGDI(turbo gasoline direct injection)+CDA(cylinder deactivation)에 적용될 수 있다.
그리고, 엔진회전수와 부하에 따라서 흡기 캠의 진각/지각이 최적으로 제어되고, 아킨슨 사이클(akison cycle) 구현으로 인하여 LIVC(late intake valve closing)효과로 인하여 펌핑손실을 줄이고, 실압축비를 증가시켜 연료소모를 줄이고, THC(total hydro carbon)를 저감시킨다.
아울러, 기존의 DCVVT(double continuously variable valve timing)와 비교하여 진각/지각의 제어가 빠르고, 응답성이 향상되고, 오일소모가 줄며, 연료소모가 줄고, 배기가스의 품질이 좋아진다.
따라서, 본 발명에서는 흡기측에는 초기 시동성능을 향상시키고 흡기 캠의 작동 타이밍을 변경하도록, 기계적인 로킹(locking) 기구를 포함하는 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구를 적용하고, 배기측은 오일컨트롤밸브(OCV)일체형 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구를 적용한다.
그리고, 오일컨트롤밸브의 구조/기능을 가변밸브 볼트 내에서 구현함으로써 전체적인 유로의 길이를 단축하여 오일 공급 시간을 줄일 수 있다. 아울러, CVVT의 제어를 위한 유로 내에 체크밸브를 적용하여, 오일 리크 또는 오일 역류를 차단하여 응답성을 향상시키는데, 상기 체크밸브의 위치는 가변 회전부, 오일컨트롤밸브 내부, 실린더헤드 내부, 또는 캠샤프트 내부에 위치할 수 있다.
중간위상정지 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구는 중간위치에서 시동되고, 엔지의 운행상태에 따라서 지각 진각되는 것을 의미한다. 그리고, 로킹(locking)기술을 이용하여 중간위상정치 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구는 엔진 정지시 흡기측의 밸브를 중간위상으로 변경하도록 한다.
또한, 구조적으로 솔레노이드밸브와 오일컨트롤밸브를 캠샤프트와 동축상에 배치하고, 가변밸브 볼트 내부에 오일컨트롤밸브 및 유로를 형성하고 유로의 길이를 단축하고, 체크밸브를 통해서 응답성 등을 개선하며, 솔레노이드밸브를 헤드커버 또는 체인커버에 장착하여 장착공간을 줄일 수 있다.
여기서, 오일컨트롤밸브 일체형 연속가변밸브타이밍(CVVT) 기구의 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진의 일부 분해 단면도이다.
도 2를 참조하면, 연속 가변 밸브 타이밍 기구는 실린더헤드(140), 밸브 컨트롤러(200), 가변 회전부(110), 가변밸브 볼트(120), 캠샤프트(100), 체인커버(220), 및 헤드커버(240)를 포함한다.
상기 가변밸브 볼트(120)는 상기 캠샤프트(100)와 동축상에 배치되는 오일컨트롤밸브(130)(OCV: oil control valve)와 고정부(230)를 포함하고, 상기 고정부(230)는 나사구조를 통해서 상기 캠샤프트(100)와 체결된다.
상기 캠샤프트(100)는 상기 실린더헤드(140) 위에 장착되어 실린더의 흡/배기 밸브를 열고 닫을 수 있도록 배치되고, 상기 캠샤프트(100)의 일단부에 상기 가변 회전부(110)가 장착된다.
상기 가변 회전부(110)의 외측에는 상기 밸브 컨트롤러(200)가 장착되는데, 상기 밸브 컨트롤러(200)는 상기 가변밸브 볼트(120) 및 상기 캠샤프트(100)와 동축상에 배치된다.
그리고, 상기 밸브 컨트롤러(200)는 상기 가변 회전부(110)를 커버하는 체인커버에 고정되거나, 상기 캠샤프트(100)를 상부에서 덮는 헤드커버(240)에 장착될 수 있다.
상기 가변 회전부(110)는 벨트나 체인을 통해서 엔진의 크랭크샤프트에 의해서 회전하는 풀리 또는 스프라켓으로 그 내부에는 지각실과 진각실이 형성되고, 로킹핀(locking pin)과 같은 중간위상 고정부(미도시)가 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 지각실과 진각실, 및 중간위상 고정부를 갖는 상기 가변 회전부(110)의 내부 구조에 대해서는 공지기술을 참조하며, 이에 대한 상세한 설명을 생략한다.
상기 캠샤프트(100)에는 진각유로와 지각유로가 형성되고, 상기 가변밸브 볼트(120)에서 상기 오일컨트롤밸브(130)는 솔레노이드밸브인 상기 밸브 컨트롤러(200)에 의해서 제어되어 상기 가변 회전부(110)의 지각실, 진각실, 또는 중간위상고정부로 연결된 유로를 개폐한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 밸브 타이밍 기구를 통해서 밸브의 리프트 위상을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 크랭크 샤프트(미도시)의 회전각을 나타내고, 세로축은 배기 또는 흡기 밸브의 리프트 양을 나타낸다.
배기밸브는 도시한 바와 같이, 엔진의 회전수 및 부하에 따라서 초기 위치에서 지각되고, 흡기밸브는 엔진의 회전수 및 부하에 따라서 초기 중간위치에서 진각되거나 지각된다.
전술한 바와 같이, 상기 흡기밸브가 늦게 닫힘으로써, 압축행정이 축소되고, 흡기매니폴드의 압력이 증가하여 펌핑손실이 저감되고, 압축행정에서 압력상승이 감소한다. 따라서, 전체적인 연료소모가 줄고, 배기가스의 품질이 향상된다.
도 2를 다시 참조하면, 체인커버(220)에는 상부로 연장되는 삽입부(260)가 형성되고, 상기 삽입부(260)의 상단부에는 상기 캠샤프트(100)의 축방향 외측으로 연장되는 확장부(265)가 형성된다. 상기 확장부(265)는 상기 캠샤프트(100)와 대응하는 위치에 형성된다.
아울러, 상기 밸브컨트롤러(200)에는 상기 삽입부(260)와 대응하여 삽입홈(250)이 형성되고, 상기 삽입홈(250)의 상부에는 상기 확장부(265)와 대응하여 걸림턱(255)이 형성된다.
전술한 바와 같이, 상기 밸브컨트롤러(200)에는 상기 체인커버(220)의 삽입부(260)가 삽입되는 삽입홈(250)이 형성되고, 상기 삽입부(260)의 상기 확장부(265)와 체결되는 걸림턱(255)이 형성되므로, 상기 밸브컨트롤러(200)는 상기 체인커버(220)에 보다 견고하게 고정되고, 상기 확장부(265)가 상기 캠샤프트(100)의 길이방향 축에 대응하는 위치에 형성됨으로써 보다 상기 밸브컨트롤러(200)의 조립위치를 용이하게 설정할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 캠샤프트 110: 가변 회전부
120: 가변밸브 볼트 122: 진각유로
124: 지각유로 130: 오일컨트롤밸브
140: 실린더헤드 200: 밸브 컨트롤러
220: 체인커버 230: 고정부
240: 헤드커버

Claims (7)

  1. 흡기 또는 배기 밸브를 움직이는 캠이 형성되는 캠샤프트;
    상기 캠샤프트를 회전시키도록 상기 캠샤프트와 동축상에 배치되고 상기 캠샤프트의 지각과 진각을 제어하기 위한 지각실과 진각실을 가지는 가변 회전부;
    상기 가변 회전부를 상기 캠샤프트에 고정시키는 고정부와 상기 지각실과 상기 진각실로 유압을 선택적으로 공급하기 위한 오일컨트롤밸브를 갖는 가변밸브 볼트; 및
    상기 가변 회전부의 외측에 배치되어 상기 가변밸브 볼트의 상기 오일컨트롤밸브를 제어하는 밸브 컨트롤러; 를 포함하고,
    상기 밸브 컨트롤러는 상기 캠샤프트로 회전력을 전달하는 체인의 외측을 커버하는 체인커버에 장착되되,
    상기 체인커버에는 상부로 연장되는 삽입부가 형성되고, 상기 삽입부의 상단부에는 상기 캠샤프트의 축방향 외측으로 연장되는 확장부가 형성되며, 상기 밸브 컨트롤러에는 상기 삽입부가 삽입되는 삽입홈이 하부에서 상부방향으로 형성되고, 상기 삽입홈의 상단부에는 상기 확장부와 대응하는 걸림턱이 형성되며, 상기 확장부는 상기 캠샤프트의 길이방향 축에 대응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진.
  2. 제1항에서,
    상기 가변밸브 볼트는 상기 가변 회전부의 중심부를 관통하여 상기 캠샤프트의 중심부를 관통하고, 나사구조를 통해서 상기 가변 회전부를 상기 캠샤프트에 고정시키는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진.
  3. 제1항에서,
    상기 밸브 컨트롤러는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진.
  4. 제1항에서,
    상기 밸브 컨트롤러는 상기 가변 회전부의 회전중심부에 대응하여 상기 캠샤프트와 동축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진.
  5. 제1항에서,
    상기 가변 회전부는 벨트 또는 체인을 통해서 엔진으로부터 회전력을 전달받아서 상기 캠샤프트를 미리 설정된 지각위상, 중간위상, 또는 진각위상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브 타이밍 기구를 갖는 엔진.
  6. 삭제
  7. 삭제
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